Koszt i zwrot z inwestycji w odzysk ciepła z instalacji chłodniczych - czy to się opłaca?

Instalacje chłodnicze wykorzystywane są zarówno w przemyśle, jak i w magazynach, hotelach, supermarketach, sklepach spożywczych, restauracjach, kawiarniach czy na stacjach benzynowych. Systemy te generują duże ilości ciepła, które można odzyskać i wykorzystać np. do produkcji ciepłej wody użytkowej czy ogrzewania pomieszczeń. Ponieważ ceny energii są obecnie wysokie, warto zainteresować się możliwościami uzyskania znacznych oszczędności, dzięki zainstalowaniu systemu odzysku ciepła. Koszty takiej inwestycji mogą się zwrócić już po zaledwie kilku miesiącach, natomiast potem koszty eksploatacji znacznie się obniżą.

Podstawy techniczne odzyskiwania ciepła z instalacji chłodniczych

Możliwości odzysku ciepła wynikają z zasady działania instalacji chłodniczych. Czynnik chłodniczy (np. freon) w stanie ciekłym płynie do parownika, gdzie odbiera ciepło z powietrza w komorze chłodniczej czy mroźniczej i przechodzi w rozprężony stan gazowy. Następnie zostaje sprężony w kompresorze i płynie do skraplacza, gdzie przechodzi w stan ciekły i oddając ciepło na zewnątrz. Dawniej ciepło to (tzw. ciepło odpadowe) było emitowane do atmosfery, jednak obecnie jest ono coraz częściej wykorzystywane. Sprężarka (kompresor) jest napędzana silnikiem elektrycznym i to ona głównie odpowiada za zużycie energii przez agregat chłodniczy.

Metody odzysku ciepła z instalacji chłodniczych

Odzysk energii cieplnej z instalacji chłodniczych jest realizowany za pomocą wymienników ciepła: przepływowych i zasobnikowych (zbiornikowych). W elementach tych wymiana ciepła ma miejsce pomiędzy dwoma substancjami, które nie stykają się ze sobą. W wymiennikach przepływowych woda płynie w przeciwnym kierunku, co gorący czynnik chłodniczy. Wymienniki zasobnikowe to izolowane termicznie zbiorniki na wodę z wbudowanym wymiennikiem ciepła: płytowym lub w postaci wężownicy. Gorący czynnik chłodniczy przepływa przez płyty lub rury i ogrzewa wodę znajdującą się w zbiorniku. Dodatkowo zbiorniki mogą być wyposażone w elektryczne moduły dogrzewające, zapewniające odpowiednią temperaturę wody i zabezpieczające przed legionellą. Ten typ systemów odzysku ciepła jest stosowany częściej. Produkowane są zbiorniki o pojemnościach od około 200 do 1000 l. Woda w nich zostaje bardzo szybko podgrzewana przez czynnik chłodniczy do temperatury 60°C. Dobór systemu odzysku ciepła zależy od rodzaju działalności danej firmy, specyfiki oraz i parametrów zainstalowanych systemów urządzeń chłodniczych a także od zapotrzebowanie na ciepłą wodę w danym obiekcie. Sprawność odzysku ciepła waha się w granicach od 10% do 30% mocy cieplnej urządzenia chłodniczego. Odzyskiwanie energii cieplnej jest również realizowane w systemach klimatyzacji i wentylacji. W pierwszym przypadku za pomocą wymienników ciepła oraz pomp ciepła. Natomiast w instalacji wentylacyjnej za odzysk ciepła odpowiada specjalny wymiennik ciepła - rekuperator.

Realne korzyści z zainstalowania systemu odzysku ciepła

Uzyskane oszczędności zależą od wielu czynników, takich jak: rodzaj instalacji chłodniczej, zastosowana technologia odzysku ciepła, sposób wykorzystania ciepła odpadowego (np. c.o. czy c.w.u.), czas pracy instalacji (np. ciągła, okresowa czy sezonowa), wymagane parametry techniczne (np. temperatura źródła ciepła odzyskowego) oraz system automatyki sterującej. Trzeba jednak zdawać sobie sprawę z tego, że system odzysku ciepła powinien być właściwie dobrany do danego obiektu, po dokładnej analizie jego specyfiki przez specjalistów z firmy oferującej dostawę i montaż takiego systemu.

Przykłady praktyczne zainstalowania systemów odzysku ciepła z instalacji chłodniczych oraz uzyskanych korzyści

• Zmiana parametrów pracy agregatu chłodniczego dla komory o pojemności do 18 m³ po zainstalowaniu systemu odzysku ciepła. Obliczenia te przedstawiła jedna z polskich firm, która instaluje te systemy w znanych sieciach restauracji. Temperatura w komorze mroźniczej wynosi -5°C. Gdy agregat chłodniczy pracuje standardowo, to jego temperatura otoczenia wynosi 43°C, pobierana moc elektryczna 1859 W, moc chłodnicza 2413 W, zaś moc ciepła oddawanego do otoczenia 4272 W. Po zainstalowaniu systemu odzysku ciepła temperatura otoczenia spada do 10°C, moc elektryczna do 1648W, natomiast moc chłodnicza wzrasta do 3413 W, zaś moc ciepła oddawanego do otoczenia do 5061W. Wnioski z porównania tych danych są takie, że w zmodyfikowanym układzie ilość ciepła odzyskanego jest o ok. 18 % wyższa od ilości ciepła oddanego do otoczenia, natomiast moc chłodnicza wzrasta o około 40 %, zaś zużycie energii elektrycznej zmniejsza się o ok. 12 %. Zwrot z tych inwestycji następował w ciągu 6 miesięcy i było to jeszcze przed drastycznymi podwyżkami cen prądu.
• Kawiarnia w północnych Niemczech. Znajdują się tam urządzenia chłodnicze i mroźnicze o łącznej mocy nieco powyżej 8 kW. W kawiarni zainstalowano system odzysku ciepła, produkcji znanej niemieckiej firmy, składający się z 5 wymienników ciepła. Koszty łączne zainstalowania tego systemu wyniosły 4500 euro. Producent obliczył, że maksymalna wydajność produkcji ciepłej wody to 130,5 l/h. Gdy system pracuje 12 godzin dziennie, to może wyprodukować 1566 l ciepłej wody, czyli 450 m³ rocznie. Ilość energii potrzebnej do ogrzania tej wody od 10°C do 55°C wynosi około 23600 kWh rocznie. Oszczędności gazu, wykorzystywanego do ogrzewania wody w tym obiekcie, wyniosły ok. 2700 m³ rocznie. Przy cenie gazu 0,06 euro/kWh oznacza to oszczędność kosztów około 1900 euro rocznie. Przekłada się to na zmniejszenie emisji CO₂ o około 4,7 tony rocznie.
• Piętrowy budynek w Wielkiej Brytanii. Na parterze znajduje się duży sklep z mięsem i wędlinami, natomiast na piętrze mieszkania wynajmowane studentom. Zainstalowano tam układ odzysku ciepła z instalacji chłodniczych na parterze. System ten wykorzystuje 500-litrowy zbiornik wody z wewnętrznymi wymiennikami ciepła o mocy 15 kW, co zapewnia wydajność 300 l ciepłej wody na godzinę. Uzyskana roczna oszczędność energii to 39 000 kWh rocznie, co przekłada się na oszczędność kosztów 4000 funtów oraz zmniejszenie emisji CO₂ o 9,75 tony.

Podsumowanie

Jak widzimy, opłacalność zainstalowania systemu odzysku ciepła z instalacji chłodniczych jest raczej oczywista. Koszty inwestycji w przypadku takich obiektów, jak sklepy czy restauracje nie są zbyt wielkie i zwracają się stosunkowo szybko. Natomiast uzyskujemy realne oszczędności w postaci niższych rachunków za prąd czy gaz oraz działania na rzecz ochrony środowiska naturalnego 

Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki

Opracowanie redakcja : (T.H.)

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.klimatyzacja.pl